Методы очистки сточных вод от нефтепродуктов

переработку или отвал. Применяются при расходах до 7000 м3/сут.

Вертикальные песколовки имеют прямоугольную или круглую форму, в них

сточные воды движутся с вертикальным восходящим потоком со скоростью 0,05

м/с.

Конструкцию песколовки выбирают в зависимости от количества сточных

вод, концентрации взвешенных веществ. Наиболее часто используют

горизонтальные песколовки. Из опыта работы нефтебаз следует, что

горизонтальные песколовки необходимо очищать не реже одного раза в 2-3

суток. При очистке песколовок обычно применяют переносный или стационарный

гидроэлеватор.

3.1.2 Отстойники

Отстаивание - наиболее простой и часто применяемый способ выделения

из сточных вод грубо дисперсных примесей, которые под действием

гравитационной силы оседают на дне отстойника или всплывают на его

поверхности.

3.1.2.1 Статические отстойники

Нефтетранспортные предприятия (нефтебазы, нефтеперекачивающие

станции) оборудуют различными отстойниками для сбора и очистки воды от

нефти и нефтепродуктов. Для этой цели обычно используют стандартные

стальные или железобетонные резервуары, которые могут работать в режиме

резервуара-накопителя, резервуара-отстойника или буферного резервуара в

зависимости от технологической схемы очистки сточных вод.

Исходя из технологического процесса, загрязненные воды нефтебаз и

нефтеперекачивающих станций неравномерно поступают на очистные сооружения.

Для более равномерной подачи загрязненных вод на очистные сооружения служат

буферные резервуары, которые оборудуют водораспределительными и

нефтесборными устройствами, трубами для подачи и выпуска сточной воды и

нефти, уровнемером, дыхательной аппаратурой и т.д. Так как нефть в воде

находится в трех состояниях (легко-, трудноотделимая и растворенная), то

попав в буферный резервуар, легко- и частично трудноотделимая нефть

всплывает на поверхность воды. В этих резервуарах отделяют до 90-95% легко

отделимых нефтей. Для этого в схему очистных сооружений устанавливают два и

более буферных резервуара, которые работают периодически: заполнение,

отстой, выкачка. Объем резервуара выбирают из расчета времени заполнения,

выкачки и отстоя, причем время отстоя принимают от 6 до 24 ч. Таким

образом, буферные резервуары (резервуары-отстойники) не только сглаживают

неравномерность подачи сточных вод на очистные сооружения, но и значительно

снижают концентрацию нефти в воде.

Перед откачкой отстоявшейся воды из резервуара сначала отводят

всплывшую нефть и выпавший осадок, после чего откачивают осветленную воду.

Для удаления осадка на дне резервуара устраивают дренаж из перфорированных

труб.

3.1.2.2 Динамические отстойники

Отличительная особенность динамических отстойников заключается в

отделении примеси, находящейся в воде, при движении жидкости.

В динамических отстойниках или отстойниках непрерывного действия

жидкость движется в горизонтальном или вертикальном направлении, отсюда и

отстойники подразделяются на вертикальные и горизонтальные.

Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический или

квадратный (в плане) резервуар с коническим днищем для удобства сбора и

откачки осаждающегося осадка. Движение воды в вертикальном отстойнике

происходит снизу вверх (для осаждающихся частиц).

Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный резервуар (в

плане) высотой 1,5-4 м, шириной 3-6 м и длиной до 48 м. Выпавший на дне

осадок специальными скребками передвигают к приямку, а из него

гидроэлеватором, насосами или другими приспособлениями удаляют из

отстойника. Всплывшие примеси выводят с помощью скребков и поперечных

лотков, установленных на определенном уровне.

В зависимости от улавливаемого продукта горизонтальные отстойники

делятся на песколовки, нефтеловушки, мазутоловки, бензоловки, жироловки и

т.п. Некоторые типы нефтеловушек представлены на рисунке 2.

[pic]

Рисунок 1 – Нефтеловушки.

В радиальных отстойниках круглой формы вода движется от центра к

периферии или наоборот. Радиальные отстойники большой производительности,

применяемые для очистки сточных вод, имеют диаметр до 100 м и глубину до 5

м.

Радиальные отстойники с центральным впуском сточной воды имеют

повышенные скорости впуска, что обуславливает менее эффективное

использование значительной части объема отстойника по отношению к

радиальным отстойникам с периферийным впуском сточных вод и отбором

очищенной воды в центре.

3.1.2.3 Тонкослойные отстойники

Чем больше высота отстойника, тем больше необходимо времени для

всплытия частицы на поверхности воды. А это, в свою очередь, связано с

увеличением длины отстойника. Следовательно, интенсифицировать процесс

отстаивания в нефтеловушках обычных конструкций сложно. С увеличением

размеров отстойников гидродинамические характеристики отстаивания

ухудшаются. Чем тоньше слой жидкости, тем процесс всплытия (оседания)

происходит быстрее при прочих равных условиях. Это положение привело к

созданию тонкослойных отстойников, которые по конструкции можно разделить

на трубчатые и пластинчатые.

Трубчатые отстойники

Рабочий элемент трубчатого отстойника - труба диаметром 2,5-5 см и

длиной около 1 м. Длина зависит от характеристики загрязнения и

гидродинамических параметров потока. Применяют трубчатые отстойники с малым

(10() и большим (до 60() наклоном труб.

Отстойники с малым наклоном трубы работают по периодическому циклу:

осветление воды и промывка трубок. Эти отстойники целесообразно применять

для осветления сточных вод с небольшим количеством механических примесей.

Эффективность осветления составляет 80-85%.

В круто наклонных трубчатых отстойниках расположение трубок приводит к

сползанию осадка вниз по трубкам, и в связи с этим отпадает необходимость

их промывки.

Продолжительность работы отстойников практически не зависит от

диаметра трубок, но возрастает с увеличением их длины.

Стандартные трубчатые блоки изготовляют из поливинилового или

полистирольного пластика. Обычно применяют блоки длиной около 3 м, шириной

0,75 м и высотой 0,5 м. Размер трубчатого элемента в поперечном сечении

составляет 5х5 см. Конструкции этих блоков позволяют монтировать из них

секции на любую производительность; секции или отдельные блоки легко можно

устанавливать в вертикальных или горизонтальных отстойниках.

Пластинчатые отстойники

Пластинчатые отстойники состоят из ряда параллельно установленных

пластин, между которыми движется жидкость. В зависимости от направления

[pic]

Рисунок 3 – Отстойники.

движения воды и выпавшего (всплывшего) осадка, отстойники делятся на

прямоточные, в которых направления движения воды и осадка совпадают;

противоточные, в которых вода и осадок движутся навстречу друг другу;

перекрестные, в которых вода движется перпендикулярно к направлению

движения осадка. Наиболее широкое распространение получили пластинчатые

противоточные отстойники.

Достоинства трубчатых и пластинчатых отстойников - их экономичность

вследствие небольшого строительного объема, возможность применения

пластмасс, которые легче металла и не корродируют в агрессивных средах.

Общий недостаток тонкослойных отстойников - необходимость создания

емкости для предварительного отделения легко отделимых нефтяных частиц и

больших сгустков нефти, окалины, песка и др. Сгустки имеют нулевую

плавучесть, их диаметр может достигать 10-15 см при глубине в несколько

сантиметров. Такие сгустки очень быстро выводят из строя тонкослойные

отстойники. Если часть пластин или труб будет забита подобными сгустками,

то в остальных повысится расход жидкости. Такое положение приведет к

ухудшению работы отстойника.

Принципиальные схемы отстойников приведены на рисунке 3.

3.1.3 Гидроциклоны

Осаждение взвешенных частиц под действием центробежной силы проводят в

гидроциклонах и центрифугах.

Для очистки сточных вод используют напорные и открытые (безнапорные)

гидроциклоны.

При вращении жидкости в гидроциклонах на частицы действуют

центробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к периферии потока, силы

сопротивления движущегося потока, гравитационные силы и силы инерции. Силы

инерции незначительны и ими можно пренебречь. При высоких скоростях

вращения центробежные силы значительно больше сил тяжести.

3.1.3.1 Напорные гидроциклоны

В напорные гидроциклоны вода подается через тангенциально направленный

патрубок в цилиндрическую часть. В гидроциклоне вода, двигаясь по винтовой

спирали наружной стенки аппарата, направляется в коническую его часть.

Здесь основной поток изменяет направление движения и перемещается к

центральной части аппарата. Поток осветленной воды в центральной части

аппарата по трубе выводится из гидроциклона, а тяжелые примеси вдоль

конической части перемещаются вниз и выводятся через патрубок шлама

(рисунок 4а).

Промышленность выпускает напорные гидроциклоны нескольких

типоразмеров. Для грубой очистки применяют гидроциклоны больших диаметров.

Эффективность гидроциклонов находится на уровне 70%.

Гидроциклоны малого диаметра объединяют в общий агрегат, в котором они

работают параллельно (рисунок 4б).

3.1.3.2 Безнапорные гидроциклоны

Одним из технических приспособлений для сбора нефтяной пленки с

поверхности воды является безнапорный гидроциклон.

Если в предыдущих конструкциях для вращения жидкости в гидроциклоне

применяли подачу воды в гидроциклон по патрубку, расположенному по

касательной в цилиндрической части, то в данном случае проводят отсос воды

из гидроциклона по патрубку, расположенному по касательной внизу конической

части гидроциклона. Такое расположение патрубка дает возможность

образовывать внутри гидроциклона вращение жидкости, причем поступление воды

из водоема происходит в верхней части гидроциклона.

Собранная с поверхности воды пленка нефтепродуктов, попадая в

гидроциклон как более легкая, собирается в центре гидроциклона. По мере

увеличения количества нефтепродуктов в гидроциклоне внутри него образуется

конус из нефтепродуктов, который, увеличиваясь в размере, достигает

нефтяного отборного патрубка, расположенного в центре гидроциклона.

Нефтепродукты по этому патрубку сбрасываются в специальные емкости на

берегу водоема.

[pic]

Рисунок 4 – Гидроциклоны.

3.1.3.3 Центрифуги

Для удаления осадков из сточных вод могут быть использованы

фильтрующие или отстойные центрифуги.

Центробежное фильтрование достигается вращением суспензии в

перфорированном барабане, обтянутом сеткой или фильтровальной тканью.

Осадок остается на стенках барабана. Его удаляют вручную или ножевым

съемом. Такое фильтрование наиболее эффективно, когда надо получать продукт

наименьшей влажностью и требуется промывка осадка.

Центрифуги могут быть периодического или непрерывного действия;

горизонтальными, вертикальными или наклонными; различаются по расположению

вала в пространстве; по способу выгрузки осадка из ротора (с ручной, с

ножевой, поршневой или центробежной выгрузкой). Они могут быть в

герметизированном и негерметизированном исполнении.

3.1.4 Фильтры

Метод фильтрования приобретает все большее значение в связи с

повышением требований к качеству очищенной воды. Фильтрование применяют

после очистки сточных вод в отстойниках или после биологической очистки.

Процесс основан на прилипании грубодисперсных частиц нефти и нефтепродуктов

к поверхности фильтрующего материала. Фильтры по виду фильтрующей среды

делятся на тканевые или сетчатые, каркасные или намывные, зернистые или

мембранные.

Фильтрование через различные сетки и ткани обычно применяют для

удаления грубо дисперсных частиц. Более глубокую очистку нефтесодержащей

воды можно осуществлять на каркасных фильтрах. Пленочные фильтры очищают

воду на молекулярном уровне.

3.1.4.1 Микрофильтры

Микрофильтры представляют собой фильтровальные аппараты, в качестве

фильтрующего элемента использующие металлические сетки, ткани и полимерные

материалы. Микрофильтры обычно выпускают в виде вращающихся барабанов, на

которых неподвижно закреплены или прижаты к барабану фильтрующие материалы.

Барабаны выпускают диаметром 1,5-3 м и устанавливают горизонтально.

Очищаемая вода поступает внутрь барабана и фильтруется через фильтр наружу.

Микрофильтры широко используют для осветления природных вод.

В промышленности применяют микрофильтры различных конструкций. Процесс

фильтрации происходит только за счет разности уровней воды внутри и снаружи

барабана. Полотно сетки не закреплено, а лишь охватывает барабан в виде

бесконечной ленты, натягиваемой с помощью натяжных роликов.

Микросетки изготовляют из различных материалов: капрона, латуни,

никеля, нержавеющей стали, фосфористой бронзы, нейлона и др.

3.1.4.2 Каркасные фильтры

Фильтровальные процессы на каркасных фильтрах можно разделить на три

большие группы:

. фильтрование через пористые зернистые материалы, обладающие

адгезионными свойствами (кварцевый песок, керамзит, антрацит,

пенополистирол, котельные и металлургические шлаки и др.);

. фильтрование через волокнистые и эластичные материалы, обладающие

сорбционными свойствами и высокой нефтеемкостью (нетканые синтетические

материалы, пенополиуретан и др.);

. фильтрование через пористые зернистые и волокнистые материалы для

укрупнения эмульгированных частиц нефтепродуктов (коалесцирующие

фильтры).

Два первых метода близки по основным технологическим принципам, лежащим

в основе процесса изъятия нефтепродуктов из воды, и отличаются

нефтеемкостью, регенерацией фильтрующей загрузки и конструктивным

оформлением. По мере насыщения загрузки нефтепродуктами их фронт

перемещается в глубь слоя к его нижней границе, и концентрация

нефтепродуктов в фильтрате возрастает. При этом фильтр отключается и

производится регенерация загрузочного материала. Имеются конструкции

фильтров с непрерывной регенерацией загрузки.

Третий метод принципиально отличается от рассмотренных. Период

фильтроцикла, характерный для первых двух методов, завершает этап «зарядки»

коалесцирующего фильтра. После этого пленка нефтепродуктов отрывается от

поверхности фильтрующего слоя в виде капель с диаметром несколько

миллиметров. Капли быстро всплывают и легко отделяются от воды.

До недавнего времени в основном применяли каркасные фильтры с засыпкой

из пористых материалов.

В качестве фильтрующего материала используют гравий, песок, дробленый

антрацит, кварц, мрамор, керамическую крошку, хворост, древесный уголь,

синтетические и полимерные материалы.

Фильтры разделяются по скорости движения воды в них на фильтры с

постоянной и переменной скоростью.

При переменной скорости фильтрования (постоянной разности давления до и

после фильтра) по мере увеличения объема фильтрата, т.е. продолжительности

фильтрования, скорость фильтрования уменьшается.

При постоянной скорости фильтрования разность давления до и после

фильтра увеличивается.

В нефтяной и нефтехимической промышленности обычно применяют фильтры с

зернистой загрузкой, которые по скорости фильтрования делятся на медленные,

скорые и сверхскоростные. Зернистую загрузку размещают в определенном

порядке и во избежание выноса ее из фильтра применяют специальные дренажные

системы и поддерживающие слои.

3.1.4.3 Фильтры с эластичной загрузкой

Для очистки нефтесодержащих сточных вод разработана новая технология с

использованием эластичных полимерных материалов, в частности, эластичного

пенополиуретана. Этот материал имеет открытоячеистую структуру со средним

размером пор 0,8-1,2 мм и кажущуюся плотность 25-60 кг/м3. Эластичный

пенополиуретан характеризуется высокой пористостью, механической

прочностью, химической стойкостью, гидрофобными свойствами, что

обеспечивает значительную поглощающую способность по нефтепродуктам.

Технология работы фильтров следующая. Сточная вода по трубопроводу

поступает в емкость фильтра, заполненную измельченным пенополиуретаном

размером 15-20 мм. Пройдя через слой загрузки, сточные воды освобождаются

от нефтепродуктов и механических примесей и через сетчатое днище отводятся

по трубопроводу из установки. В процессе фильтрования загрузка насыщается

нефтепродуктами и периодически цепным ковшовым элеватором подается на

отжимные барабаны для регенерации. Отрегенерированная загрузка вновь

поступает в емкость фильтра, а отжатые загрязнения по сборному желобу

отводятся в разделочную емкость.

Такие фильтры целесообразно применять после предварительной очистки

стоков в песколовках и нефтеловушках. Очищенную воду можно использовать в

техническом водоснабжении промышленных предприятий.

Общим недостатком всех рассмотренных фильтров (кроме

пенополиуретановых) является то, что в результате их регенерации образуются

высокоэмульгированные и весьма стойкие эмульсии, существенно затрудняющие

утилизацию выделенных нефтепродуктов.

Кроме вышеупомянутых фильтров, существуют и другие типы;

- открытые - вода, прошедшая через этот фильтр, должна быть

прозрачной, а концентрация нефтепродуктов в ней не должна превышать 10-

15 мг/л;

- с плавающей загрузкой - в связи с высокой адгезионной способностью

по отношению к нефтепродуктам их применяют и для разделения

водонефтяных эмульсий;

- коалесцирующие - укрупнение мелких эмульгированных капель

нефтепродуктов в более крупные.

Основные типы фильтров изображены на рисунке 5.

3.2 Физико-химическая очистка

К физико-химическим методам очистки сточных вод от нефтепродуктов

относят коагуляцию, флотацию и сорбцию.

3.2.1 Коагуляция

Это процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их

взаимодействия и объединения в агрегаты. В очистке вод ее применяют для

ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных

веществ. Коагуляция

[pic]

Рисунок 5 – Фильтры.

наиболее эффективна для удаления из воды коллоидно-дисперсных частиц, то

есть частиц размером 1-100 мкм. Коагуляция может происходить

самопроизвольно или под влиянием химических и физических процессов. В

процессах очистки сточных вод коагуляция происходит под влиянием

добавляемых к ним специальных веществ – коагулянтов. Коагулянты в воде

образуют хлопья гидроксидов металлов, которые быстро оседают под действием

силы тяжести. Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и

взвешенные частицы и агрегировать их. Так как коллоидные частицы имеют

Страницы: 1, 2, 3